一种双向拉伸聚丙烯预涂底材及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种双向拉伸聚丙烯预涂底材及其制备方法和应用，包括聚丙烯表层、聚丙烯芯层和功能层，其由表层聚丙烯树脂、芯层聚丙烯树脂和功能层树脂通过共挤出双向拉伸工艺制备而成；所述的功能层树脂含有乙烯‑醋酸乙烯共聚物和乙烯‑辛烯共聚物。本发明所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材，其通过共挤出在聚丙烯薄膜基材上形成一功能层，无需涂覆底涂剂即可直接涂布EVA热熔胶或者水性胶粘剂，能够简化预涂膜的制备工艺，减少胶粘剂的涂布量，提高预涂膜的生产效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜基材及其制备方法和应用，特别是涉及一种纸塑覆膜用双向拉伸聚丙烯预涂底材及其制备方法和应用。

背景技术

覆膜，是指在塑料薄膜上涂覆胶黏剂，与纸印刷品经加热、加压后黏合在一起，形成纸塑合一产品的加工技术。经覆膜的印刷品，由于表面多了一层薄而透明的塑料薄膜，表面更平滑光亮，从而提高印刷品的光泽度和牢度，同时还能起到防水、防污、耐磨、耐摺、耐化学腐蚀等作用。现阶段市场上流行的环保覆膜工艺，包括热复合工艺如预涂膜覆膜、无胶膜覆膜，还有水性干覆工艺，传统预涂膜制造工艺需要预先辊涂AC剂打底，再淋涂EVA热熔胶，而水性干覆工艺则需要在线辊涂水性胶水经烘道烘干水分后热压覆纸。

预涂膜工艺是指表面涂覆有热熔胶的塑料薄膜，通过热压直接用于纸印刷品的覆膜加工。预涂膜通常由基材层、底涂层和热熔胶层构成。基材层通常为双向拉伸聚酯(BOPET)薄膜或双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜，其厚度为12～20μm，其中BOPP薄膜具有透明度高、光亮度好、无毒无味、耐水、耐热、价廉、质地柔软等特点，是覆膜工艺中较理想的材料。底涂层通常为高分子量聚乙烯亚胺水溶液(AC剂)；热熔胶层通常为乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)树脂，其厚度为5～15μm。由于在BOPP薄膜表面涂布EVA的结合力较差，在涂布EVA前往往需要在BOPP薄膜上涂布AC剂。然而，AC剂通常含有大量的甲醇、乙醇等有机溶剂，涂布后需要将AC剂的溶剂烘干，才能在BOPP薄膜表面形成底涂层。这样的工序不但容易产生易燃易爆的安全隐患，同时，烘干AC剂往往需要较长的烘道和热量，造成了占用空间和能源耗费。另外，常用的水性干覆工艺同样需要烘道烘干水份，更由于水胶固含量通常要达到45～50％，所以烘干工序能耗高，难以高效率覆膜。同时，由于水性胶水固含量难以超越50％，使得烘干后的胶层厚度受到限制，覆膜质量同样收到局限。

发明内容

基于此，本发明的一个目的在于，提供一种双向拉伸聚丙烯预涂底材，其通过共挤出在聚丙烯薄膜基材上形成一功能层，无需涂覆底涂剂即可直接涂布EVA热熔胶或者水性胶粘剂，能够简化预涂膜的制备工艺，减少胶粘剂的涂布量，提高预涂膜的生产效率。

本发明的另一个目的在于，提供所述双向拉伸聚丙烯预涂底材的制备方法。

本发明的再一个目的在于，提供一种双向拉伸聚丙烯预涂膜，其由本发明所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材涂覆胶粘层制备而成。

本发明的技术方案如下：

一种双向拉伸聚丙烯预涂底材，包括聚丙烯表层、聚丙烯芯层和功能层，其由表层聚丙烯树脂、芯层聚丙烯树脂和功能层树脂通过共挤出双向拉伸工艺制备而成；所述的功能层树脂含有乙烯-醋酸乙烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物。

本发明所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材，其通过共挤出在聚丙烯薄膜基材上形成一功能层，无需涂覆底涂剂即可直接涂布乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)热熔胶或者水性丙烯酸酯胶粘剂，简化了预涂膜的制备工艺，避免了底涂剂中有机溶剂造成的安全隐患以及薄膜基材储存期的变色问题，能够提高生产效率、降低能源消耗、提升产品品质。此外，功能层中含有具备热熔胶性能的乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)成分，一方面，能够提高预涂底材与EVA热熔胶或水性胶粘剂之间的层间结合力，提高其剥离强度；另一方面，其能够作为预涂膜的胶粘剂层成分，减少预涂膜制备工艺中的胶粘剂涂布量，提高胶粘剂的涂布速率，从而有效提高预涂膜的生产效率；再一方面，其能够直接涂布水性胶粘剂，有效节省水性胶粘剂湿涂量，突破水性干覆设备与空间局限，显著提升水性干覆效率。

传统预涂膜中的乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)热熔胶，因其与聚丙烯树脂的匹配性差、结合力弱，难以通过共挤出与聚丙烯树脂熔体直接复合成膜；此外，随着VA含量提高，EVA热熔胶挤出时的热稳定性变差，经挤出机挤出时容易发生热氧降解，降解所析出的醋酸还会腐蚀螺杆等设备，而挤出后作双向拉伸时，EVA热熔胶也容易发生粘连，难以进行收卷、解卷。本发明通过设置一层由乙烯-醋酸乙烯共聚物与乙烯-辛烯共聚物组成的功能层，通过加入乙烯-辛烯共聚物，能够提高乙烯-醋酸乙烯共聚物的热稳定性，避免其在挤出过程发生热氧降解，同时还能提高其与芯层聚丙烯树脂之间的匹配性、结合力，使其能够通过共挤出与聚丙烯树脂熔体直接复合成膜。

进一步地，所述的功能层树脂中，乙烯-醋酸乙烯共聚物的含量为50～80wt％，乙烯-辛烯共聚物的含量为20～50wt％。更优选地，乙烯-醋酸乙烯共聚物的含量为60～75wt％，乙烯-辛烯共聚物的含量为25～40wt％。

若乙烯-辛烯共聚物的含量太高，会降低乙烯-醋酸乙烯共聚物的胶粘性能，降低预涂底材与EVA热熔胶或水性胶粘剂之间的层间结合力；若乙烯-辛烯共聚物的含量太低，则不利于改善乙烯-醋酸乙烯共聚物在螺杆中所产生的降解、腐蚀问题，亦难以改善乙烯-醋酸乙烯共聚物与芯层聚丙烯树脂之间的层间结合力问题。

进一步地，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的VA含量为15～28wt％，熔融指数为15～25g/10min，熔点为80～90℃。

乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的VA含量优选为15～28wt％，若VA含量过高，容易在挤出过程中发生热氧降解、拉伸粘辊及收解卷不畅，若VA含量过低，会导致预涂底材与胶粘剂层之间的层间结合力下降；其熔融指数优选为15～25g/10min，若熔融指数过高，其与聚丙烯树脂的结合力变差，且容易在纵向拉伸是粘辊及收解卷发生粘连，影响预涂底材的制备和使用，若熔融指数过低，会导致共挤出过程中挤出机加工困难。

进一步地，所述乙烯-辛烯共聚物的辛烯含量为10～20wt％，熔融指数为5～15g/10min，熔点为95～120℃。

选取该特性的乙烯-辛烯共聚物主要考虑其熔融指数、熔体粘度与含有乙烯-辛烯共聚物的芯层聚丙烯树脂的熔体匹配性、层间剥离强度，而其中偏高的熔点范围优化了其与EVA改性后对双向拉伸功能层表面粘迹的抑制作用，同时又平衡了下游后加工时与淋涂EVA热熔胶的匹配性或辊涂水胶后纸塑覆膜的剥离强度贡献。低熔点虽然利于后加工性能，但不利于功能面印迹改善，也不利于收解卷性能，特别是在夏季的表现。其调配含量则更倾向于获得满足后加工性能前提下的功能面印迹、制膜与分切工序的顺畅性平衡。

进一步地，所述功能层的厚度为1～2.5μm，所述聚丙烯表层的厚度为1～2.5μm，所述双向拉伸聚丙烯预涂底材的总厚度为12～20μm。

功能层的厚度优选控制在1～2.5μm内，若功能层的厚度过厚，会导致预涂底材的挺度下降，收解卷困难，容易起皱纹，而且制造成本高；若功能层的厚度过低，则难以与淋涂的EVA热熔胶或者水胶产生有效协同以提供良好的胶粘性能，特别是无法有效降低预涂膜制备工艺中水性胶粘剂的涂布量，难以有效节省水性胶粘剂的湿涂量，难以提高水性干覆效率和水性覆膜质量。

进一步地，所述的芯层聚丙烯树脂中还添加有乙烯-辛烯共聚物，所述乙烯-辛烯共聚物的含量为0.5～4wt％。

通过在芯层聚丙烯树脂中添加乙烯-辛烯共聚物，能够提高聚丙烯芯层与功能层之间的层间结合力，并能使预涂底材保持良好的弹性，有利于提高预涂膜覆膜后加工中的压纹、压线性能。乙烯-辛烯共聚物的含量优选为0.5～4wt％，若其含量过高，会导致预涂底材的挺度下降；若其含量过低，则会导致聚丙烯芯层与功能层之间的层间结合力不足，甚至出现功能层容易被胶带揭拉剥离的缺陷。

进一步地，所述的表层聚丙烯树脂中还添加有抗粘连剂。

进一步地，所述的聚丙烯表层为消光层；所述的表层聚丙烯树脂为高密度聚乙烯(HDPE)和乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物的共混物，或者高密度聚乙烯(HDPE)和乙烯-丙烯共聚物的共混物。

进一步地，所述的聚丙烯表层为半消光层；所述的表层聚丙烯树脂为高密度聚乙烯(HDPE)和均聚丙烯的共混物。

进一步地，所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材经表面电晕处理。

本发明所述双向拉伸聚丙烯预涂底材的制备方法，包括以下步骤：将表层聚丙烯树脂、芯层聚丙烯树脂和功能层树脂，经由挤出机共挤出，经流道分配器后于三层模头内汇合，再经激冷辊冷却后形成树脂片材；将树脂片材进行双向拉伸，得到所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材。

进一步地，表层聚丙烯树脂、芯层聚丙烯树脂的挤出温度控制在220～260℃，功能层树脂的挤出温度控制在200～240℃，激冷辊的温度控制在20～40℃。

进一步地，所述的双向拉伸为平膜法分步拉伸。在纵向拉伸过程中，功能层的拉伸温度控制在50～80℃，聚丙烯表层的拉伸温度控制在100～130℃，拉伸比为4.5～5；在横向拉伸过程中，拉伸温度控制在150～170℃，定型温度控制在160～170℃，拉伸比为7～10。

进一步地，所述的双向拉伸为平膜法同步拉伸。拉伸温度控制在100～160℃，定型温度控制在160～170℃，总拉伸比为35～50。

一种双向拉伸聚丙烯预涂膜，在本发明所述双向拉伸聚丙烯预涂底材的功能层表面涂覆乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)热熔胶或者水性丙烯酸酯胶粘剂制备而成。

本发明所述的双向拉伸聚丙烯预涂膜，由乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)热熔胶或者水性丙烯酸酯胶粘剂直接涂覆在所述双向拉伸聚丙烯预涂底材的功能层表面，两者具有良好的结合力，不但避免了底涂剂的使用，还能提高预涂膜的剥离强度，并能减少热熔胶或水性胶粘剂的涂布量，提高预涂膜的生产效率。

在预涂膜的后续纸塑热压覆膜加工工艺中，功能层树脂与EVA热熔胶或水性丙烯酸酯之间分别发生熔融、流平及渗透等相互作用，两者共同形成一胶粘剂层，从而提高了预涂膜的覆膜及后加工性能。

具体实施方式

实施例一：制备本发明所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材

1、准备表层聚丙烯树脂

分别取等规度为95％、熔融指数为2.5g/10min的聚丙烯树脂(购自中国石油化工股份有限公司)，以及AB6018CPP抗粘连母料(购自苏州康斯坦普工程塑料有限公司，二氧化硅含量为5wt％，共聚物载体)，按照97:3的重量比均匀混合，得到表层聚丙烯树脂。

2、准备芯层聚丙烯树脂

分别取等规度为95％、熔融指数为2.5g/10min的聚丙烯树脂(购自中国石油化工股份有限公司)，以及辛烯含量为13wt％、熔融指数为5g/10min、熔点为110℃的乙烯-辛烯共聚物，按照98:2的重量比均匀混合，得到芯层聚丙烯树脂。

3、准备功能层树脂

分别取VA含量为20wt％、熔融指数为15g/10min、熔点为85℃的乙烯-醋酸乙烯共聚物，以及辛烯含量为13wt％，熔融指数为5g/10min，熔点为110℃的乙烯-辛烯共聚物，按照70:30的重量比均匀混合，得到功能层树脂。

4、制备方法

将表层聚丙烯树脂(A层)、芯层聚丙烯树脂(B层)和功能层树脂(C层)，引入挤出机进行共挤出，其中，A层和B层的挤出温度控制在250℃，C层的挤出温度控制在220℃，经流道分配器后于T形模头处汇合，形成A/B/C结构的树脂熔体，再经30℃的激冷辊冷却、流延成型后，形成A/B/C结构的树脂片材。

将树脂片材引入双向拉伸设备中的纵向拉伸装置，C层的拉伸温度控制在60℃，A层的拉伸温度控制120℃，拉伸比为5倍；然后引入横向拉伸装置，过160℃预热后，在165℃下拉伸8倍，再在165℃下定型。

随后进行风淋急冷，并经表面电晕处理、收卷、时效处理、分切、包装，得到所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材。其中，表层的厚度为1μm，芯层的厚度为16.5μm，功能层的厚度为2.5μm。

实施例二：制备本发明所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材

1、准备表层聚丙烯树脂

取FM500N消光母料(购自江苏精良高分子材料有限公司，为高密度聚乙烯和乙烯-丙烯共聚物的共混物)，作为表层聚丙烯树脂。

2、准备芯层聚丙烯树脂

分别取等规度为95％、熔融指数为2.5g/10min的聚丙烯树脂(购自中国石油化工股份有限公司)，以及辛烯含量为20wt％、熔融指数为15g/10min、熔点为95℃的乙烯-辛烯共聚物，按照96:4的重量比均匀混合，得到芯层聚丙烯树脂。

3、准备功能层树脂

分别取VA含量为20wt％、熔融指数为18g/10min、熔点为90℃的乙烯-醋酸乙烯共聚物，以及辛烯含量为20wt％、熔融指数为15g/10min、熔点为95℃的乙烯-辛烯共聚物，按照50:50的重量比均匀混合，得到功能层树脂。

4、制备方法

将表层聚丙烯树脂(A层)、芯层聚丙烯树脂(B层)和功能层树脂(C层)，引入挤出机进行共挤出，其中，A层和B层的挤出温度控制在250℃，C层的挤出温度控制在220℃，经流道分配器后于T形模头处汇合，形成A/B/C结构的树脂熔体，再经30℃的激冷辊冷却、流延成型后，形成A/B/C结构的树脂片材。

将树脂片材引入双向拉伸设备中的纵向拉伸装置，C层的拉伸温度控制在60℃，A层的拉伸温度控制120℃，拉伸比为5倍；然后引入横向拉伸装置，过160℃预热后，在165℃下拉伸8倍，再在165℃下定型。

随后进行风淋急冷，并经表面电晕处理、收卷、时效处理、分切、包装，得到所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材。其中，表层的厚度为2.5μm，芯层的厚度为10.5μm，功能层的厚度为2μm。

实施例三：制备本发明所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材

1、准备表层聚丙烯树脂

取FM505半消光母料(购自江苏精良高分子材料有限公司，为高密度聚乙烯和均聚丙烯的共混物)，作为表层聚丙烯树脂。

2、准备芯层聚丙烯树脂

分别取等规度为95％、熔融指数为2.5g/10min的聚丙烯树脂(购自中国石油化工股份有限公司)，以及辛烯含量为10wt％、熔融指数为10g/10min、熔点为120℃的乙烯-辛烯共聚物，按照99:1的重量比均匀混合，得到芯层聚丙烯树脂。

3、准备功能层树脂

分别取VA含量为15wt％、熔融指数为15g/10min、熔点为80℃的乙烯-醋酸乙烯共聚物，以及辛烯含量为10wt％、熔融指数为10g/10min、熔点为120℃的乙烯-辛烯共聚物，按照80:20的重量比均匀混合，得到功能层树脂。

4、制备方法

将表层聚丙烯树脂(A层)、芯层聚丙烯树脂(B层)和功能层树脂(C层)，引入挤出机进行共挤出，其中，A层和B层的挤出温度控制在250℃，C层的挤出温度控制在220℃，经流道分配器后于T形模头处汇合，形成A/B/C结构的树脂熔体，再经30℃的激冷辊冷却、流延成型后，形成A/B/C结构的树脂片材。

将树脂片材引入双向拉伸设备中的纵向拉伸装置，C层的拉伸温度控制在60℃，A层的拉伸温度控制120℃，拉伸比为5倍；然后引入横向拉伸装置，过160℃预热后，在165℃下拉伸8倍，再在165℃下定型。

随后进行风淋急冷，并经表面电晕处理、收卷、时效处理、分切、包装，得到所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材。其中，表层的厚度为1.8μm，芯层的厚度为9.2μm，功能层的厚度为1μm。

实施例四：制备本发明所述的双向拉伸聚丙烯预涂膜

准备热熔胶：取VA含量为20wt％、熔融指数为20g/10min、熔点为85℃的乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)热熔胶。

取实施例一至三的其中之一所制得的双向拉伸聚丙烯预涂底材，在其功能层的表面涂布上述乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)热熔胶，涂布厚度为5μm，经电晕处理后，即得到所述的双向拉伸聚丙烯预涂膜。

实施例五：制备本发明所述的双向拉伸聚丙烯预涂膜

取实施例一至三的其中之一所制得的双向拉伸聚丙烯预涂底材，在其功能层的表面涂布水性丙烯酸酯胶粘剂水溶液，湿涂量为8g/m²，烘干后胶层的厚度为4μm，即得到所述的在线纸塑覆膜用双向拉伸聚丙烯预涂膜。

对比例一：

准备表层聚丙烯树脂：取FM505半消光母料(购自江苏精良高分子材料有限公司，为高密度聚乙烯和均聚丙烯的共混物)，作为表层聚丙烯树脂。

准备芯层聚丙烯树脂：分别取等规度为95％、熔融指数为2.5g/10min的聚丙烯树脂(购自中国石油化工股份有限公司)，以及辛烯含量为10wt％、熔融指数为10g/10min、熔点为120℃的乙烯-辛烯共聚物，按照99:1的重量比均匀混合，得到芯层聚丙烯树脂。

准备功能层树脂：取VA含量为20wt％、熔融指数为15g/10min、熔点为85℃的乙烯-醋酸乙烯共聚物，作为功能层树脂。

将表层聚丙烯树脂(A层)、芯层聚丙烯树脂(B层)和功能层树脂(C层)，引入挤出机进行共挤出，其中，A层和B层的挤出温度控制在250℃，C层的挤出温度控制在220℃，经流道分配器后于T形模头处汇合，形成A/B/C结构的树脂熔体，再经30℃的激冷辊冷却、流延成型后，形成A/B/C结构的树脂片材。

将树脂片材引入双向拉伸设备中的纵向拉伸装置，C层的拉伸温度控制在60℃，A层的拉伸温度控制120℃，拉伸比为5倍；然后引入横向拉伸装置，过160℃预热后，在165℃下拉伸8倍，再在165℃下定型。

随后进行风淋急冷，并经表面电晕处理、收卷、时效处理、分切、包装，得到所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材。其中，表层的厚度为1.8μm，芯层的厚度为9.2μm，功能层的厚度为1.5μm。

对比例二：

准备表层聚丙烯树脂：取FM505半消光母料(购自江苏精良高分子材料有限公司，为高密度聚乙烯和均聚丙烯的共混物)，作为表层聚丙烯树脂。

准备芯层聚丙烯树脂：分别取等规度为95％、熔融指数为2.5g/10min的聚丙烯树脂(购自中国石油化工股份有限公司)，以及辛烯含量为10wt％、熔融指数为10g/10min、熔点为120℃的乙烯-辛烯共聚物，按照99:1的重量比均匀混合，得到芯层聚丙烯树脂。

准备功能层树脂：取辛烯含量为13wt％、熔融指数为5g/10min、熔点为110℃的乙烯-辛烯共聚物，作为功能层树脂。

将表层聚丙烯树脂(A层)、芯层聚丙烯树脂(B层)和功能层树脂(C层)，引入挤出机进行共挤出，其中，A层和B层的挤出温度控制在250℃，C层的挤出温度控制在220℃，经流道分配器后于T形模头处汇合，形成A/B/C结构的树脂熔体，再经30℃的激冷辊冷却、流延成型后，形成A/B/C结构的树脂片材。

将树脂片材引入双向拉伸设备中的纵向拉伸装置，C层的拉伸温度控制在60℃，A层的拉伸温度控制120℃，拉伸比为5倍；然后引入横向拉伸装置，过160℃预热后，在165℃下拉伸8倍，再在165℃下定型。

随后进行风淋急冷，并经表面电晕处理、收卷、时效处理、分切、包装，得到所述的双向拉伸聚丙烯预涂底材。其中，表层的厚度为1.8μm，芯层的厚度为9.2μm，功能层的厚度为1.5μm。

对比例三：

在BOPP薄膜的电晕面涂布水性丙烯酸酯胶粘剂水溶液，湿涂量为8g/m²，烘干后胶层厚度为4μm，得到BOPP预涂膜。

对比例四：

在BOPP薄膜电晕面预涂AC剂聚乙烯亚胺(PEI)，经烘道干燥水分后，淋涂EVA热熔胶，同步进行臭氧处理，胶层厚度为5μm，胶层经电晕处理，得到BOPP预涂膜。

性能测试：

分别对实施例一至三所制得的双向拉伸聚丙烯预涂底材、实施例四至五所制得的双向拉伸聚丙烯预涂膜，以及对比例一至二所制得的双向拉伸聚丙烯预涂底材、对比例三至四所制得的双向拉伸聚丙烯预涂膜，分别进行加工性能测试，测试结果如下表1所示。

表1加工性能测试结果

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。